[发明专利]使用动态阈值进行电弧检测的系统和方法

说明书

本发明涉及快速熄灭可以在与离子源相关联的高压电极之间形成的电弧的电路、系统和方法，以缩短电弧的持续时间并减轻非均匀离子注入。在一个示例中，用于检测离子注入系统中的电弧的电弧检测电路包括模数转换器(ADC)和分析电路。ADC配置成将感测电流转换为数字电流信号，其中，感测电流表示供应到离子注入系统中的电极的电流，数字电流信号对该感测电流进行量化。分析电路配置成对数字电流信号进行分析，以确定数字电流信号是否满足阈值参数值，并且响应于数字电流信号满足阈值参数值，向触发控制电路提供电弧检测信号，触发控制电路激活灭弧机构。

相关申请的引用

本申请要求2018年12月19日提交的名称为“A SYSTEM AND METHOD OF ARCDETECTION USING DYNAMIC THRESHOLD(使用动态阈值进行电弧检测的系统和方法)”的美国申请第16/225,298号的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明总体涉及离子注入系统，更具体地，涉及对可以在离子注入系统内形成的电弧进行检测的一种电弧检测电路和方法。

背景技术

离子注入系统用于将杂质(称为掺杂剂元素)施加到半导体基底或晶片(通常称为工件)中。在这样的系统中，离子源将期望的掺杂剂元素电离，并且经离子化的杂质被从离子源提取，作为离子束。离子束被引导(例如，扫掠)穿过相应的工件以将经离子化的掺杂剂注入工件内。掺杂剂离子改变工件的组成，使得它们具有期望的电特性，这例如对于在基底上形成特定的半导体器件(例如晶体管)可以是有用的。

电子器件小型化的持续趋势促进了将更多数量的较小、更强大且更节能的半导体器件“封装”到单个晶片上的做法。这需要严密控制半导体制造过程，包括离子注入，尤其是注入晶片的离子的均匀性。此外，在较大的工件上制造半导体器件以增加产品产量。例如，使用直径为300mm或更大的晶片，使得可以在单个晶片上产生更多的器件。这样的晶片很昂贵，因此期望减小浪费，例如由于非均匀的离子注入而必须废弃整个晶片。然而，较大的晶片和高密度特征使得均匀的离子注入具有挑战，因为必须跨较大的角度和距离扫描离子束以到达晶片的周边，而不会错过在其间注入任何区域。

此外，提供给用于这种离子束的离子源的高电压在各种高压电极和其他附近元件之间受到偶尔的电弧放电影响。电弧放电的这种现象通常使一个或更多个受影响的高压(HV)电源完全放电，直到电弧在低得多的电源电压下自然地自熄灭为止。当电弧放电时，射束电流可能变得不稳定，或者可能被中断直到电源电压恢复为止，在此期间在工件上的离子注入可能会出现间歇或非均匀剂量水平的现象。

如果在处理/注入晶片的过程中在表面上形成膜，则可能发生电弧放电，由此，膜变得分层并且落在两个电极之间的高电压间隙中。膜也可能被充电并嵌入到离子束中，直到其被向下游传输而穿过形成电弧的高电压间隙。电弧放电可以烧蚀膜材料，从而产生大量粒子，这些粒子也可能嵌入晶片中。在绝缘体和/或馈通器件被处理材料或副产物涂覆以至于它们的绝缘值变得不足以隔离HV之后，也可能发生电弧放电，从而导致可能跟随绝缘体/馈通器件并烧蚀材料的电弧，重复恢复一定量的绝缘值，直到能够维持HV电源或者注入系统停止工作为止。电弧放电也可能由于高压应力场附近的真空泄漏和/或压力爆发而发生。

电弧可以在至少一个高压电极和另一导电部件之间形成。图1所示的常规离子注入系统10中示出了三种不同类型的电弧。第一电弧类型12发生在离子源电极14(其处于正电势)与提取接地电极16之间。第二电弧类型18发生在抑制电极20(其处于负电势)与接地电极16或靠近抑制电极的其他接地电极之间。第一电弧类型12有时能够诱导或级联成第二电弧类型18的附加电弧。这样的第一和第二电弧类型12、18可能是由于软件或操作者失误导致离子注入系统10失调而引起的。第三电弧类型22发生在电极(例如，离子源电极14)与靠近该电极的壳体24之间。其他类型的电弧包括在相同极性的两个电极之间的电弧，例如在端子偏置电极与端子抑制电极之间的电弧。也经常出现对围绕任何处于电势下的电极的射束线的电弧。